時鍾抖動

，why
？

 

時鍾抖動的根本原因就是時鍾和ADC之間的電路噪聲。隨機抖動由隨機噪聲引起

，主要隨機噪聲源包括

 

● 熱噪聲(約翰遜或奈奎斯特噪聲)，由載流子的布朗運動引起。

● 散粒噪聲，與流經勢壘的直流電流有關，該勢壘不連續平滑
，由載流子的單獨流動引起的電流脈衝所造成。

● 閃shan爍shuo噪zao聲sheng，出chu現xian在zai直zhi流liu電dian流liu流liu動dong時shi。該gai噪zao聲sheng由you攜xie帶dai載zai流liu子zi的de半ban導dao體ti中zhong的de陷xian阱jing引yin起qi，這zhe些xie載zai流liu子zi在zai釋shi放fang前qian通tong常chang會hui形xing成cheng持chi續xu時shi間jian較jiao短duan的de直zhi流liu電dian流liu。

● 爆裂噪聲，也稱爆米花噪聲
，由矽表麵的汙染或晶格錯位造成
，會隨機采集或釋放載流子。

 

ps.以上噪聲我們曾將詳細講解過，有興趣的筒子點擊藍色字體查看~

 

查看時鍾信號噪聲
，how
？

 

確定性抖動由幹擾引起
，會通過某些方式使閾值發生偏移，通常受器件本身特性限製。查看時鍾信號噪聲通常有三種途徑：時域、頻域
、相位域。

 

咳咳，敲黑板劃重點，以上三種途徑的具體方法如下↓↓↓

 

時域圖

 

圖1. 抖動的時域圖

 

時鍾抖動是編碼時鍾的樣本（不同周期）間的變化，包括外部和內部抖動。抖動引起的滿量程信噪比由以下公式得出

 

 

舉個栗子，頻率為1 Ghz
，抖動為100 FS均方根值時
，信噪比為64 dB。在時域中查看時，x軸方向的編碼邊沿變化會導致y軸誤差
，幅度取決於邊沿的上升時間。孔徑抖動會在ADC輸出產生誤差
，如圖2所示。抖動可能產生於內部的ADC
、外部的采樣時鍾或接口電路。

 

圖2. 孔徑抖動和采樣時鍾抖動的影響

 

圖3顯示抖動對信噪比的影響。圖中顯示了5條線，分別代表不同的抖動值。x軸是滿量程模擬輸入頻率，y軸是由抖動引起的信噪比，有別於ADC總信噪比。

 

圖3. 時鍾抖動隨模擬信號增大而提升信噪比

 

由抖動引起的信噪比和有效位數(ENOB)的關係由以下公式定義：

 

SNR = 6.02 N + 1.76 dB

 

其中N =有效位數。滿量程100 MHz輸入時
，14位有效位數要求均方根抖動不超過0.125 ps或125 fs。該公式假定ADC具有無限分辨率，其中的唯一誤差是由時鍾抖動產生的噪聲。

 

圖4. 由抖動產生的理論信噪比和有效位數與滿量程正弦波模擬輸入頻率的關係

 

頻域圖

 

近載波噪聲出現在采樣時鍾中心頻率和等於信號帶寬一半的單邊帶(SSB)失調之間。寬帶噪聲的範圍從單邊帶失調到½時鍾接收器帶寬。

 

圖5. 頻域圖

 

時間的乘法運算是在頻域中進行卷積。因此
，時鍾上在頻域上的任何“裙邊”都會施加於數字信號。這會增加信號的EVM，降低整體性能。卷積到采樣信號上的噪聲量取決於模擬頻率與采樣頻率的關係。

 

圖6.卷積到采樣信號上的噪聲取決於模擬頻率和采樣頻率的關係

 

相位域圖
 

相位噪聲由每個時鍾周期之間的時間變化引起。最終結果是時鍾信號在基波頻率周圍變化
，這一頻率範圍變化會降低ADC的信噪比。

 

 

圖7.抖動的相位域圖

 

圖8所示的例子中，−66 dBc的雜散增加到78 MHz時鍾上，用來將ADC采樣控製在30.62 MHz模擬信號。

 

圖8. 使用噪聲時鍾采樣時的30.62 MHz信號

 

雜散為−74.1 dBc
，按以下公式計算：

 

 

時(shi)鍾(zhong)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)通(tong)常(chang)會(hui)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)


，但(dan)不(bu)提(ti)供(gong)抖(dou)動(dong)規(gui)格(ge)。相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)規(gui)格(ge)可(ke)以(yi)轉(zhuan)換(huan)為(wei)抖(dou)動(dong)，首(shou)先(xian)確(que)定(ding)時(shi)鍾(zhong)噪(zao)聲(sheng)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)小(xiao)角(jiao)度(du)計(ji)算(suan)將(jiang)噪(zao)聲(sheng)與(yu)主(zhu)時(shi)鍾(zhong)噪(zao)聲(sheng)成(cheng)分(fen)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)。相(xiang)位(wei)噪(zao)聲(sheng)功(gong)率(lv)通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)圖(tu)9中的灰色區域積分得出。

 

圖9. 對編碼帶寬的近載波到時鍾輸出噪聲進行積分計算

 

高度為−160 dBc，寬度為10 KHz至245.76 MHz。因此，

 

10×log(245.7e6 − 10e3)

= 83.9 dB，−160 + 83.9 dB

= 76.1 dBc

 

得出積分噪聲。

 

 

載波的失調不同，噪聲的斜率也不同。例如，A1區域通常為1/f噪聲，而A4區域則視為寬帶噪聲。

 

圖10.在頻率範圍內的噪聲變化情況

 

A =麵積=積分相位噪聲功率(dBc)抖動可以通過對編碼帶寬的近載波到時鍾輸出的噪聲進行積分計算確定。頻率範圍應分為較小的頻帶
，然後相加得到總的結果：A = 10 log10 (A1 + A2 + A3 + A4)

 

本文轉載自ADI.

 

 

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